专利名称：高尔夫球杆头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高尔夫球杆头，其中至少在冠部的一部分使用由纤维增强树脂制成的树脂构件。
背景技术：
近年来，提出了一种例如日本专利申请公开第2003-111874号所述的所谓复合型高尔夫球杆头，其通过将牢固安装构成冠部的一部分，且由纤维增强树脂制成的树脂构件构件和由金属材料制成的球杆头主体来形成。
上述的复合型高尔夫球杆头可以通过使用比重小的纤维增强树脂来减轻其重量。因此，例如可以增大杆头的体积。而且，被减轻的重量可以更多的分布在杆头的侧部，例如尖侧或跟侧、背面和其他部分。这样可以增加围绕杆头重心的惯性力矩，并且增加重心点的深度。此外，当纤维增强树脂被用于冠部时，可以减轻杆头上部一侧的重量，从而获得较低的重心。如上所述，在复合型杆头中，重量分布的设计自由度能够得到提高。
然而，上述复合型高尔夫球杆的树脂构件会因为击球时的冲击而有发生破损的趋势。为防止树脂构件损坏，可以考虑将其厚度增大，但使用这种方法难以通过树脂构件充分获得减轻重量的效果。如上所述，复合型杆头的耐久性有进一步提高的空间。因此，可以说在复合型杆头中，有必要关注于树脂构件中纤维的取向角度和包含在基体树脂中的强度或弹性模量进行改进。
发明内容
本发明的提出考虑到了上述实际情况，并且本发明的目的是提供一种高尔夫球杆头，其能够长时间抑制树脂构件因击球时的冲击而发生的破损，从而提高耐久性。本发明的高尔夫球杆头以树脂构件的结构为基础，使其包含纤维交叉叠层部分，其纤维交叉叠层部分中，具有以单个方向分布的纤维的单向纤维增强树脂层以不同的纤维方向被层压，并且限定了在厚度方向上相邻的至少两层单向纤维增强树脂层中的纤维交叉角度，以及将在纤维交叉叠层部分中的最内侧排列的单向纤维增强树脂层的纤维压缩强度限定为固定值或更大。
这里，纤维的压缩强度是根据以下步骤测定的。首先，使用将在下文中详细描述的特定的树脂组合物材料，制备由捆扎作为测试对象的纤维获得的纤维增强树脂制得的测试片。然后，通过使用如ASTMD695所示的压缩夹具，在应变速率为1.27mm/min的条件下对测试片的压缩强度进行测试。根据测试片的压缩强度，通过将纤维的体积分数设为60％，计算得出纤维的压缩强度。
此外，特定的树脂组合物材料是通过混合下列原料树脂并搅拌30分钟获得的。
双酚A二缩水甘油醚树脂27wt％“商品名Epicoat 1001(YUKA SHELL EPOXYCO.，LTD.生产，注册商标)”双酚A二缩水甘油醚树脂31wt％“商品名Epicoat 828(YUKA SHELL EPOXYCO.，LTD.生产，注册商标)”酚醛聚缩水甘油醚树脂31wt％“商品名Epiclon-N740(Dainippon Ink & ChemicalsInc.生产，注册商标)”聚乙烯醇缩甲醛树脂3wt％“商品名Vinylex K(ChissoCo.，Ltd.生产，商标)”双氰胺41wt％“商品名DICY 7(Dainippon Ink & Chemicals Inc.生产，注册商标)”3，4-二氯苯基-1，1-二甲脲4wt％“商品名DCMU99(Hodogaya ChemicalInc.生产，固化剂)”然后，将通过在硅树脂涂层纸上涂布树脂组合物材料获得的树脂薄膜绕在周长控制在约为2.7m以及温度控制在60～70℃的钢制圆筒上。作为测试对象从轴架上卷开的纤维通过旋转沿圆周方向排列在其上。然后将树脂薄膜重新排列在轴架上，并通过辊转动时对树脂薄膜加压使树脂浸渍在纤维中。从而可以制得宽300mm、长2.7m的单向预浸渍体。在这里，预浸渍体的纤维重量被控制在190g/m2，并且树脂的百分含量被控制在35wt％。
然后，将单向预浸渍体沿纤维方向对齐层压，并且在温度为130℃压力为0.3Mpa条件下固化两小时，从而形成厚度为1mm的层压板。将一块用于增强测试片上除损坏部分外的其他部分的板通过粘合剂紧密固定在层压板上。粘合层的厚度保持均匀。由这种层压板通过剪裁制得厚度为大约1±0.1mm、宽度为12.7±0.13mm、长度为80±0.013mm以及测量部分(gauge portion)的长度为5±0.13mm的测试片，这样使破损部分形成了一个中心。
在本发明中，在所述纤维交叉叠层部分，位于最外侧的单向纤维增强树脂层中纤维的拉伸强度可以等于或大于3.5GPa。
在这里，关于纤维的拉伸强度，通过将与测试对象相应的纤维用环氧树脂组合物材料浸渍，并且在130℃加热30分钟使其固化，来形成树脂浸渍纤维束。然后，根据JIS R7601所示的树脂浸渍纤维束测定方法测定其拉伸强度。环氧树脂组合物材料是使用下列原料树脂制备的。
Bakelite(注册商标)1000g(930wt％)“商品名ERL-4221，Union CarbideCo.，Ltd.生产”三氟化硼一乙胺(BF3·MEA)30g(3wt％)丙酮40g(4wt％)同样，本发明中的高尔夫球杆头的纤维交叉叠层部分可以由至少三层单向纤维增强树脂层构成，从内侧依次排列的单向纤维增强树脂层的纤维的压缩强度σc1、σc2、…σcn(n为等于或大于3的整数)，可以满足下列公式(1)和(2)。
σc1≥σc2≥…≥σcn (1)σc1＞σcn (2)此外，纤维交叉叠层部分可以由至少三层单向纤维增强树脂层构成，并且从内侧依次排列的单向纤维增强树脂层的纤维的拉伸强度σt1、σt2、…σtn(n为等于或大于3的整数)，可以满足下列公式(3)和(4)。
σt1≤σt2≤…≤σm(3)σt1＜σtn (4)此外，在所述纤维交叉叠层部分的外侧，树脂构件还可以包含其中纤维至少在两个方向伸展的纤维编织部分。
由于根据本发明的高尔夫球杆头具有上述结构，形成杆头上表面的至少一部分冠部是由其纤维在树脂基体中取向的纤维增强树脂制得的树脂构件形成。因此可以减轻杆头上部一侧的重量，从而有利于获得较低重心。此外，树脂构件包含纤维交叉叠层部分，其中单向纤维增强树脂层的纤维的以各不相同的方向取向。而且，在厚度方向上相邻的至少两层单向纤维增强树脂层的纤维以30～90度的角度相交。这样，对抗击球时在树脂组分中产生的多个方向上的应力的强度可以得到提高，并且进一步可以提高耐久性。
此外，在击球时，设置在杆头冠部的中的树脂构件的内侧受到较大的压缩应力。位于纤维交叉叠层部分最内侧的最内侧单向纤维增强树脂层的纤维的压缩强度被设为等于或大于1.3GPa，这比传统的压缩强度大。从而可以提高树脂构件内侧的强度，并且可以有效地防止破损。在这里，由于拉伸强度产生于与内侧相对的树脂构件外侧，所以通过使位于最外侧的单向纤维增强树脂层的纤维的拉伸强度设定为等于或大于3.5GPa，可以进一步提高树脂构件的耐久性。
图1是根据本发明一个实施方式的标准条件下球杆头的透视图；图2是其上的平面图；图3是沿图2中直线A-A的截面放大图；图4是沿图2中直线B-B的截面放大图；图5是杆头的分解透视图；图6是图3中X部分的放大图；图7是图6的局部分解平面图；图8是图6的另一个实施方式的局部分解平面图；图9(A)和9(B)是显示击球时冠部所受主应力的方向的平面轮廊图；图10(A)是模拟显示击球时杆头形变状态的截面图；图10(B)是树脂构件在其冠部的局部放大图；图11是显示在碳纤维拉伸时拉伸强度和弹性模量之间相互关系的曲线图；图12(A)～12(E)是预浸渍体的平面图；图13(A)～13(E)是另一个实施方式的预浸渍体的平面图；图14(A)和14(B)是描述内压铸模法的截面图；以及图15是显示内压铸模法的另一个实施方式的局部截面图。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
图1表示在标准条件下的透视图，其中，根据本发明实施方式的高尔夫球杆头1(以下，有时仅以“杆头”表示)1，被置于水平表面并使其保持规定的平放角度和后倾角度(实际后倾角)；图2是其上的平面图；图3所示是沿图2中直线A-A的截面放大图；图4所示是沿图2中直线B-B的截面放大图；以及图5是图1的分解透视图。
根据本发明实施方式的杆头1包含面部3，其包含对应于击球的表面的面部表面2；冠部4，其与面部3相连并形成杆头的上表面；底部5，其与面部3相连并形成杆头的下表面；侧部6，其联接在冠部4和底部5之间，并且经过背面，从面部3的尖侧3a延伸到跟侧3b；以及颈部7，其设置在冠部4的跟侧并与球杆(未标出)的一端相连。此外，杆头结构可以是例如一号发球木杆(#1)或草坪击球木杆的具有在内部设置有空腔部i的空腔结构木质杆头，并且本发明实施方式的杆头以一号发球木杆(#1)为例。
而且，杆头1的至少一部分冠部4由纤维增强树脂制得的树脂构件FR形成。根据本发明实施方式的杆头1以这种结构为例子，其中，该结构使用由金属材料制成并具有开口部分O的杆头主体M和由纤维增强树脂制得并且设置用来覆盖开口部分O的树脂构件来形成。本实施方式中只有一个开口部分O设置于冠部4，并且树脂构件FR由覆盖开口部分O的冠侧树脂构件FR1构成。
如图5所示，形成杆头主体M使其包含面部3、底部5、颈部7、在开口部分O周围形成的冠边缘部分10以及侧壁部分11。杆头主体M的制造可以通过例如由铸造或其他方法预先整体地形成各个部分。此外，杆头主体M的制造也可以通过由锻造、铸造、压制、辊压或其他方法先形成两个或多个部件，然后通过焊接或其他方法将它们连成整体。
杆头主体M使用的金属材料并无特殊限制，可以使用例如不锈钢、高镍合金钢、纯钛、钛合金、铝合金、镁合金、非晶态合金或其他，并且特别地可以采用具有较大比强度的钛合金、铝合金和镁合金一种或两种及多种，并且尤其优选使用钛合金。
如图4和5所示，根据本发明实施方式的冠边缘部分10包含基本上形成冠部4外表面部的冠表面部分10a；和冠接受部分10b，其表面从冠部表面部分10a向空腔部i侧降低，并且具有台阶。此外，根据本发明实施方式的侧壁部分11包括侧表面部分11a，其基本上形成侧部6的外表面部分；和侧接受部分11b，其表面从侧表面部分11a向空腔部i侧降低，并且具有台阶。
每个接受部分10b和11b与树脂构件FR1在冠侧和外周边缘部分的内表面粘合，从而使冠侧树脂构件FR1和杆头主体M形成整体。而且，基于上述阶梯结构，每个接受部分10b和11b吸收了冠侧树脂构件FR1的厚度，而使树脂构件FR1和杆头主体M(冠表面部分10a和侧表面部分10b)的外表面齐平。
在本实施方式中，冠接受部分10b和侧接受部分11b在开口部分O周围相连，从而形成了环状连续接受部分。在开口部分O边缘的垂直方向上测得的接受部分10b和11b的宽度(沿着接受部分表面测得的长度)Wa没有特别限制。然而如果长度太短，杆头主体M和冠侧树脂构件FR1之间的接合区域会变得过小，从而接合强度有降低趋势。相反，如果长度太长，开口部分O的区域会变得过小，而减轻重量的效果有难以充分获得的趋势。考虑到这一点，理想的宽度Wa为例如等于或大于5.0mm，优选为等于或大于10.0mm；且理想的上限优选为等于或小于30.0mm，进一步优选为等于或小于20.0mm，更进一步优选为等于或小于15.0mm。在这里，本发明实施方式中实施例的宽度Wa随各部分的改变而定。
冠侧树脂构件FR1由与基体树脂和纤维f的复合材料相当的纤维增强树脂构成。
作为基体树脂R，例如可以使用热固树脂如环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂或不饱和聚酯树脂，以及热塑树脂如聚碳酸酯树脂或尼龙树脂。考虑到成本和通用性，在本发明实施方式中使用环氧树脂。
而上述纤维f优选使用例如碳纤维、石墨纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳香族聚酯树脂纤维、芳族聚酰胺树脂纤维或PBO树脂纤维中的一种或多种，或使用非晶态纤维或钛纤维等，并且特别优选使用比重小和拉伸强度大的碳纤维。纤维f可以由短纤维、长纤维或两种一起构成，本发明实施方式中使用了长纤维。
纤维f的弹性模量并无特别限制，但如果太小，则不能保证树脂构件FR的刚性，并且其耐久性有下降趋势。另一方面，如果弹性模量太大，则成本增加的同时其拉伸强度有下降趋势。考虑到这一点，优选纤维的弹性模量等于或大于50GPa，进一步优选为等于或大于100GPa，更进一步优选为等于或大于150GPa，特别优选为等于或大于200GPa。并且其上限优选设为等于或小于500GPa，进一步优选为等于或小于450GPa，更进一步优选为等于或小于400GPa。上述弹性模量是对应于拉伸时的弹性模量，并且根据JIS R7601中的“碳纤维测定方法”测得其数值。
此外，如图1～5所示，冠侧树脂构件FR1置于杆头主体M的以覆盖开口部分O。而且在本实施方式中，所例举的树脂构件FR1的结构包括形成一部分冠部4的基部12，和由基部12折下并形成一部分侧部6的后缘部13。由于具有上述形状的冠侧树脂构件FR1在基部12的外周边缘分别与冠接受部分10b和侧接受部分11b粘合，粘合界面因位于冠部4和侧部6而具有多样性，从而可以获得较高的粘合强度以对抗作用在各个方向上的外力。由于后缘部分13形成的表面以接近直角的角度由冠部接受部分10b折下，因此可以提高强度。
图6所示是与图3中X部分的放大图所对应的冠侧树脂构件FR1的放大截面图。图中只显示了基体树脂R而省略了增强纤维。此外，图7是平面图，其中，为了便于理解增强树脂层的层压状态，图6中一部分被破坏。
根据本实施方式，例举的冠侧中的树脂构件FR1的结构由五层具有不同纤维取向的纤维增强树脂层组成。明确的说，根据本实施方式的冠侧的树脂构件FR1的结构包含层压了四层单向纤维增强树脂层L1～L4的纤维交叉叠层部分8；和由一层交叉纤维增强树脂层L5构成的位于其外侧的纤维编织部分9。外侧的纤维编织部分9形成了树脂构件FR1的外表面A。如上所述，包含具有不同纤维取向的多层纤维增强树脂层是为了在树脂构件FR1的厚度方向上将应力均匀地分散。因此，纤维交叉叠层部分8优选由至少三层或以上单向纤维增强树脂层组成。
如上所述的各单向纤维增强树脂层L1～L4的结构为纤维f在基体树脂R中按同一方向取向。因此，例如具有通过交替编织一根或多根经线和一根或多根纬线所得的编织结构纤维的增强树脂层并不包括在单向纤维增强树脂层中。此外，如图7所示，在纤维交叉叠层部分8中，至少两层在厚度方向上相邻的单向纤维增强树脂层的结构为各自的纤维f以30～90度的角度α相交。角度α是交叉纤维之间的相对角度，而且指的是锐角(90度时除外)。
在本实施方式中，位于最内侧的单向纤维增强树脂L1中的同一方向排列的纤维f与杆头纵向方向上的基线BL基本成-45度角(在逆时针方向上的角度被设为正)。同样，覆盖在其外侧的单向纤维增强树脂层L2中的同一方向排列的纤维f的角度θ为45度。覆盖在其更外侧的单向纤维增强树脂层L3中的同一方向排列的纤维f的角度θ为-45度，并且覆盖在其再外侧的单向纤维增强树脂层L4中的同一方向排列的纤维f的角度θ为45度。四层单向纤维增强树脂层L1～L4交叠形成了三个层间界面。在这里，杆头纵向方向上的基线BL指的是在标准条件下的平面图(图2)中，包含由杆头重心G向杆面表面2作的垂线N的垂直表面与树脂构件FR1相交而成的线段。
如果纤维f在各层间分界面上的交叉角度α小于30度，这两层单向纤维增强树脂层在强度上会产生较大的各向异性的趋势。这样的结果是应力会作用到具有较低强度的方向上，从而使树脂构件FR1有破损的危险。角度α特别优选设为60～90度，进一步优选为80～90度，更进一步优选为85～90度。在本发明实施方式所示的角度α特别优选在所有的分界面上均基本为90度。
此外，在纤维交叉叠层部分8中，足够的是，至少两层单向纤维增强树脂层的纤维以上述角度α交叉。而在本实施方式中，所有在厚度方向上相邻的单向纤维增强树脂层中优选满足上述角度α。
此外，各个单向纤维增强树脂层L1～L4中的每一根纤维f与杆头纵向方向上的基线BL之间形成的角度θ并无特别限制。例如对于一个普通业余高尔夫球手来说，很难准确地以杆面2的有效击球部位SS(如图2所示的垂直线N与杆面表面2相交的点)击中高尔夫球，而业余高尔夫球通常在如图9(A)所示的向尖端或根部(未标出)一侧偏离有效击球部位SS的位置击中球。
这时，在杆头1的冠部4会产生扭转形变。上述形变主要在树脂构件FR1上产生了如图9(A)所示的相对于杆头纵向方向上的基线BL的倾斜应力a和b。因此基于针对业余高尔夫球手考虑，在本实施方式中优选将单向纤维增强树脂层的角度θ可选择地安排为45度和-45度，以提高对抗主要应力方向的强度。而且，上述杆头1能够抑制上述扭转形变，将杆面表面2的方向改变限制到最小，并且稳定击球的方向性。
另一方面，对于职业的以及高级别的高尔夫球手来说，如图9(B)所示，大多数情况下球会精确地被击中在甜蜜点(sweet spot)SS，或接近甜蜜点SS的位置。这时，在杆头1的冠部4上，在平滑表面的方向上主要会产生与杆头纵向方向上的基线BL平行方向的应力c，以及与其垂直方向的应力d。因此基于针对高级别高尔夫球手的杆头考虑，如图8所示，通过将单向纤维增强树脂层的角度θ交替安排为0度和90度，以有效地主要提高对抗应力方向的强度。此外，在如上所述的杆头1中，位于冠部4的树脂构件FR1偏离后的复原力较大，使得面部的推斥性能提高，而且击球更远。从提高推斥性能考虑，优选安排一层或一层以上具有角度θ为-10～10度的单向纤维增强树脂层，进一步优选安排两层或两层以上。这里，如果具有角度θ为-10～10度的单向纤维增强树脂层的数量太大，杆头会变得过重，并且造成成本有增大的趋势。因此，具有角度θ为-10～10度的单向纤维增强树脂层数量的上限被设为等于或小于5，更优选为等于或小于4，特别优选为等于或小于3。
而且，当树脂构件FR1的杆头纵向方向上的基线BL上的任意位置都满足角度θ和α时，上述角度θ和α可以采用任何数值，因为在这个部分容易产生最大的应力。纤维f的角度θ不必是完全与数值相应的角度，而是充分考虑到制造时的偏差和原料的误差后的实际数值。例如，纤维f的角度θ至少能够允许-10～+10度的误差(即±10度)，进一步优选为-5～+5度的误差(即±5度)。
此外，如图7所示，位于纤维交叉叠层部分8外侧的纤维编织部分9的结构为具有至少向两个方向延伸的纤维fa和纤维fb的一个交叉纤维增强树脂层L5。在如图7所示的实施例中，作为例子的纤维fa和fb的两个方向具有与杆头纵向方向上的基线BL基本成0度和90度的结构，并且通过将纤维的各个方向调整为经向和纬向将其编织为平织的形状。除了平织法以外，还可以采用各种方法编织，例如纬面缎纹编织、斜纹编织等。此外，当提供了两种或两种以上不同方向的纤维时，可以采用三轴平织法(plain three-axis weave)或其他类似方法编织纤维。而在这里优选规定纤维方向以使纤维的交叉角度均匀。上述的交叉纤维增强树脂层L5可以均匀地分散击球时产生的应力。特别优选使纤维fa和fb的排列角度与纤维交叉叠层部分8中的各个纤维的角度不同。
这里，冠侧的树脂构件FR1的基部12平滑地弯曲，在截面图上如图3所示的杆头纵向方向上的基线BL中向杆头上侧突出，并且根据一个实施例，其外表面A的曲率半径rc被设为大约55～130mm。如以模拟放大形式显示其一部分的图10(A)和图10(B)所示，在击球时冠侧的树脂构件FR1中会以上述弯曲形状的基础上产生向杆头外侧突出的变形(弯曲形变)。上述形变分别向树脂构件FR1弯曲部的中线Mc的内侧施加压缩应力，和向其外侧施加拉伸应力，并且它们各自的应力大小分别在表面A和B上达到最大。
另一方面，在纤维增强树脂的纤维f中，在轴向上与拉伸强度相比，压缩强度较小，因此可以判断大部分传统树脂构件中产生的任何破损都是由于作用在其内侧的压缩应力。根据本发明的杆头1中，位于纤维交叉叠层部分8最内侧的单向纤维增强树脂层L1的压缩强度被设为等于或大于1.3GPa，这比传统值更大。因此可以有效地防止冠侧的树脂构件FR1破损。此外，通过增加树脂构件FR1内侧的压缩强度，使击球时变形的冠侧的树脂构件FR1中储存的弹性势能，在恢复形变时产生一个很大的动能，将面部3推回。这有利于改善杆头1的推斥性能。
当冠侧的树脂构件FR1的压缩强度小于1.3GPa时，则无法充分提高强度。特别优选的情况是使压缩强度等于或大于1.5GPa，进一步优选为等于或大于1.6GPa。在这里，由于优选较大的压缩强度，其上限并无特殊限制，当然，也可以特别地设为大约1.8GPa。
此外，在纤维交叉叠层部分8中，其整个结构可以由具有相同压缩强度的单向纤维增强树脂层构成，而且，冠侧的树脂构件FR1中在击球时产生的压缩应力与距如图10(B)所示的弯曲中线Mc的距离成比例，在内侧表面B上达到最大值，且向外侧变小。因此优选使纤维交叉叠层部分8中的各个单向纤维增强树脂层中纤维的压缩强度，与上述树脂构件FR1的内部应力状态相应地向内侧变大。这样，就可以在除了最内侧以外的其他单向纤维增强树脂层中使用压缩强度相对较低的低成本原料，并可以在保持产品成本的同时提高耐久性。
具体地，假设将纤维交叉叠层部分8中的单向纤维增强树脂层中纤维的压缩强度由内侧起依次设为σc1、σc2、…σcn(在这里，n为等于或大于3的整数)，优选为满足下列公式(1)和(2)。
σc1≥σc2≥…≥σcn (1)σc1＞σcn (2)尤其优选将公式(1)改为以下公式(1)’，并且各层的压缩强度都不相同。
σc1＞σc2＞…＞σcn (1)’并且，在这里，将最内侧的单向纤维增强树脂层L1中纤维f的压缩强度σc1与其他单向纤维增强树脂层中最小的压缩强度σcn的差值(σc1-σcn)优选为等于或大于0.20GPa，进一步优选为等于或大于0.25GPa，并且更进一步优选为等于或大于0.30GPa。而其上限优选为等于或小于0.60GPa，进一步优选为等于或小于0.55GPa，并且更进一步优选为等于或小于0.50GPa。如果差值小于0.20GPa，不能充分获得强度差异，而且难以实现降低成本。相反，如果大于0.60GPa，强度差异会过大，并且在其他单向纤维增强树脂层上会有发生破损或其他类似情况的趋势。
此外，如上所述，冠侧的树脂构件FR1外侧上在击球时会产生拉伸应力。纤维f的拉伸强度与压缩强度相比更大，而可以通过抑制其数值来进一步提高冠侧的树脂构件FR1的耐久性。因此，在上述纤维交叉叠层部分8中，将位于最外侧的单向纤维增强树脂层L4的拉伸强度优选设为等于或大于3.5GPa，进一步优选为等于或大于4.0GPa，更进一步优选为等于或大于5.0GPa。在这里，由于优选为较大的拉伸强度，所以其上限并无特别限制，当然，也可以特别设为大约6.0GPa。
此外，在纤维交叉叠层部分8中，其整个结构可以由具有相同拉伸强度的单向纤维增强树脂层构成，而且，冠侧的树脂构件FR1中在击球时产生的拉伸应力与距弯曲中线Mc的距离成比例，与压缩应力的情况相同，且在外侧表面A上达到最大值，并向内侧变小。因此优选使纤维交叉叠层部分8中的各个单向纤维增强树脂层中纤维的拉伸强度，与上述树脂构件FR1的内部应力状态相应地向外侧变大。这样，就可以与上述情况一样，在保持产品成本的同时提高耐久性。
特别的，假设将纤维交叉叠层部分8中的单向纤维增强树脂层中纤维的拉伸强度由内侧起依次设为σt1、σt2、…σtn(在这里，n为等于或大于3的整数)，优选为满足下列公式(3)和(4)。
σt1≤σt2≤…≤σtn (3)σt1＜σtn (4)尤其优选将公式(3)改为以下公式(3)’，并且各层的拉伸强度都不相同。
σt1＜σt2＜…＜σtn (3)’并且，在这里，将最外侧的单向纤维增强树脂层L1中纤维f的拉伸强度σtn与其他单向纤维增强树脂层中最小的拉伸强度σt1的差值(σtn-σt1)优选为等于或大于0.20GPa，进一步优选为等于或大于0.25GPa，并且更进一步优选为等于或大于0.30GPa。而其上限优选为等于或小于0.60GPa，进一步优选为等于或小于0.55GPa，并且更进一步优选为等于或小于0.50GPa。如果差值小于0.20GPa，不能充分获得强度差异，而且难以实现降低成本。相反，如果大于0.60GPa，强度差异会过大，并且在其他单向纤维增强树脂层上会有发生破损或其他类似情况的趋势。
此外，在保证高尔夫杆头所需的刚度的同时，需要减轻冠侧的树脂构件FR1重量(减小厚度)。因此，假设将纤维交叉叠层部分8中的单向纤维增强树脂层中纤维的弹性模量(拉伸时的弹性模量)由内侧起依次设为E1、E2、…En(在这里，n为整数，或为等于或大于3的整数)，优选为满足下列公式(5)和(6)。
E1≤E2≤…≤En (5)E1＜En (6)尤其优选将公式(5)改为以下公式(5)’，并且各层的弹性模量都不相同。
E1＜E2＜…＜En (5)’在这里，如果弹性模量的比值(En/E1)太大，内层的强度会降低。相反，如果比值过小，外层的强度会有降低趋势。尽管并无特殊限制，仍然将弹性模量的比值(En/E1)优选为等于或大于1.50，进一步优选为等于或大于1.75，更进一步优选为等于或大于2.0，并且特别优选为等于或大于2.25，而其上限优选为等于或小于4.0，并且进一步优选为等于或小于3.0。
在这里，如图11所示，在使用碳纤维的情况下，如果拉伸时的弹性模量大于343GPa，拉伸强度会有降低的趋势。因此，纤维f的弹性模量优选小于343GPa。当拉伸时的弹性模量小于343GPa时，碳纤维f的拉伸强度大致会随着拉伸时弹性模量的增加而增加。这样，优选将纤维f在拉伸时的弹性模量的下限设为等于或大于196GPa，进一步优选为等于或大于245GPa，并且更进一步优选为等于或大于294GPa。
上述纤维的压缩强度、拉伸强度和拉伸时的弹性模量可以适当地根据不同纤维材料、纤维直径、缠绕方法、尖侧(纤维束)的结构及其他而进行调整。
此外，如图12(B)～12(E)所示的单向纤维增强树脂层L1～L4各层，均可由纤维f在未固化的基体树脂R中以同一方向取向并成束的片状单向预浸渍体Pa形成。单向预浸渍体Pa的主体是由仅以同一方向取向的纤维f形成。在本实施例中，纤维f的角度θ由外侧起被依次设为+45度、-45度、+45度和-45度。如图12(B)～12(E)所示，各个单向预浸渍体Pa的外形被处理为具有与杆头主体M中的开口部分O的形状相应的预定形状，并且同时如上述角度设定纤维f取向与杆头纵向方向上的基线BL之间的角度θ。此外，可以通过将单向预浸渍体Pa层叠而成的预浸渍体层压体加热加压以形成纤维交叉叠层部分8。
以同样的方法，如图12(A)所示，由纤维编织部分9构成的交叉纤维增强树脂层L5可以由至少一层交叉预浸渍体Pb构成。交叉预浸渍体Pb包含在一片预浸渍体中以两个方向取向并互相交叉的纤维fa和fb，并且这些纤维被预先编织为编织纤维的形状。上述的交叉预浸渍体Pb可以抑止在加热加压成形时纤维分散，并且易于将其均匀地伸长。这样，当将其使用在上述树脂构件FR1的最外层时可以防止例如褶皱和弯曲的铸模缺陷。
各个预浸渍体P的外形可以适当地设定为与开口部分O以及各个接受部分10b和11b的形状相对应。在本实施例中，以具有多个切口以使各片预浸渍体P侧部的外周边缘可以弯折，并易于形成后缘部分13的结构为例。
此外，可以根据多种方法形成冠侧的树脂构件FR1。例如，如图12(A)～12(E)所示，层叠多层预浸渍体P形成的层压体可以通过施加预设的温度和压力按要求的形状形成。可以通过例如使用粘合剂的方法，将形成的冠侧树脂构件FR1与杆头主体M的冠部接受部分10b和侧部接受部分11b紧密粘合。
此外，可以以内压铸模法形成冠侧的树脂构件FR1。根据内压铸模法，首先通过将预浸渍体P的层压主体Ps贴至杆头主体M的开口部分O制得杆头基体1A。将杆头基体1A放入例如由可以分开的上层模具20a和下层模具20b构成的金属模具20中。杆头主体M预先在侧部6或其他位置配置了一个连接空腔i的通孔23，并由此通孔放入一个可伸缩的气囊C。同时，需要预先在预浸渍体层压体Ps与各个接受部分10b和11b之间涂上热固型粘合剂、底漆及其他。
然后如图14(B)所示，将金属模具20闭合并加热，并且使气囊C在空腔i中膨胀变形。这样，通过气囊C而直接受热受压的预浸渍体的层压主体Ps，就沿上模具20a的凹面形成了具有预定形状的冠侧的树脂构件FR1，并且整体与各个接受部分10b和11b粘合。铸模后将气囊C放气，并由通孔23取出。然后，适当地将通孔23用盖子或其他类似物封闭。
此外，在使用内压铸模法的情况下，例如图15所示，优选预先使用辅助预浸渍体24贴在朝向冠部接受部分10b和/或的侧部接受部分11b的空腔部分一侧的内表面25上(在图15所示的实施例中，位于侧部接受部分11b的辅助预浸渍体24未标出)。将辅助预浸渍体24紧密粘合，并使其具有由开口部分O的边缘向开口部分O一侧伸出的伸出部分24a。此外，优选将辅助预浸渍体24分割为如图所示的带状，或形成环状(未标出)，从而改善向杆头主体的内表面粘贴时的操作性。
因此，如图3所示，树脂构件FR的外周边缘部分能够形成夹住各个接受部分10b和11b叉状，，特别地，叉状部分26具有沿杆头主体M的外表面一侧延伸的外侧片部分26a，和沿其内表面一侧延伸的内侧片部分26b。如上所述，可以通过简单的步骤在冠侧的树脂构件FR1的外周边缘部分形成叉状部分26，在制造杆头1时，通过包含预先设置在接受部分10b或11b的内表面一侧具有伸出部分24a的辅助预浸渍体层24这一步骤，从而可以获得杆头主体M和树脂构件FR之间的物理啮合效果，以提高粘合强度。
为获得更好的效果，根据本发明实施方式的杆头1的体积优选为等于或大于200cm3，进一步优选为等于或大于300cm3，更进一步优选为等于或大于350cm3。如果杆头体积小于200cm3，则惯性力矩减小，并且甜蜜点区域变小。另一方面，如果杆头体积过大，重量会增大，并且甜蜜点SS的高度将等于或大于38mm，而使球被击中时有倒旋的趋势，并且飞行角度较低。杆头体积优选为等于或小于500cm3，进一步优选为等于或小于480cm3，更进一步优选为等于或小于470cm3。
以上已详细描述本发明的实施方式，但本发明不限于上述实施方式，并可用于例如具有空腔结构的铁杆高尔夫球杆头和万能型高尔夫球杆头，以及轻击型高尔夫球杆头。此外，在上述实施方式中，显示了冠侧的树脂构件FR1的结构，其中树脂构件由纤维增强树脂构成，但并未提及树脂构件可以位于例如侧部及底部。此外，各层树脂构件FR、杆头主体M及其他部分的厚度可以根据常规适当地确定。
为了证实本发明的效果，根据表1的规格试制具有杆头体积为430cm3的一号发球木杆，杆头主体和树脂构件的形状和规格如图1～5所示并描述如下。
<杆头主体>
材料Ti-6Al-4V制造方法根据失蜡精密铸模法整体铸模<冠侧的树脂构件>
制造方法内压成型法使用预浸渍体数量五层纤维交叉叠层部分使用了四层单向预浸渍体，纤维取向角度如下表所示。
纤维编织部分使用了一层平织交叉预浸渍体，纤维取向的角度在表1的实施例中被设为0～90度，在表2的实施例中被设为±45度。
纤维原料碳纤维纤维在拉伸时的弹性模量240.3GPa成形后冠侧树脂构件的厚度大约0.8～0.9mm基体树脂的基础树脂环氧树脂对于每一根根据上述规格试制的杆头进行推斥性能和耐久性的测试。其方法如下。
<推斥性能>
根据“符合美国高尔夫协会的修订本2(1999年2月8日)规则4-1e的球杆头速度比的测试方法”测量杆头的推斥性能。数值越大，性能越好。
<耐久性>
将各个测试用的杆头安装在由SRI体育用品有限公司制造的碳球杆MP-200(Flex R)上，制得测试用的45英寸的木杆高尔夫球杆，并将球杆安装在由MIYAMAE有限公司制造的挥杆机器人(Short Robo IV)上，用杆头的面部中心以51m/s的速度击打高尔夫球。直到杆头损坏，并计数击打球的次数。测试结果见表1和表2。
表1
表2
测试的结果是，可以确定，按照本实施方式的高尔夫球杆头在不改变甜蜜点高度等条件下提高了耐久性。此外，推斥性能无显著地降低。
权利要求
1.一种高尔夫球杆头，其中形成杆头上表面的至少一部分冠部是由用纤维在基体树脂中取向的纤维增强树脂制成的树脂构件所形成，其特征在于，所述树脂构件包含层叠了单向纤维增强树脂层的纤维交叉叠层部分，所述各单向纤维增强树脂层中的纤维分别沿一个方向取向，在厚度方向上相邻的至少两层单向纤维增强树脂层中的纤维以所述纤维角度为30～90度角交叉，以及位于所述纤维交叉叠层部分最内侧的单向纤维增强树脂层中的纤维的压缩强度被设为等于或大于1.3GPa。
2.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，位于所述纤维交叉叠层部分最外侧的单向纤维增强树脂层中的纤维的拉伸强度被设为等于或大于3.5GPa。
3.如权利要求1或2所述的高尔夫球杆头，其特征在于，所述纤维交叉叠层部分由至少三层单向纤维增强树脂层构成，并且单向纤维增强树脂层中纤维的压缩强度由内侧起依次设为σc1、σc2、…σcn，其能够满足下列公式(1)和(2)σc1≥σc2≥…≥σcn (1)；σc1＞σcn (2)；其中，n为等于或大于3的整数。
4.如权利要求3所述的高尔夫球杆头，其特征在于，所述公式(1)表示为以下公式(1)’σc1＞σc2＞…＞σcn (1)’。
5.如权利要求1或2所述的高尔夫球杆头，其特征在于，所述纤维交叉叠层部分由至少三层单向纤维增强树脂层构成，并且单向纤维增强树脂层中纤维的拉伸强度由内侧起依次设为σt1、σt2、…σtn，其能够满足下列公式(3)和(4)σt1≤σt2≤…≤σtn (3)；σt1＜σtn (4)；其中，n为等于或大于3的整数。
6.如权利要求5所述的高尔夫球杆头，其特征在于，所述公式(3)表示为以下公式(3)’σt1＜σt2＜…＜σtn (3)’。
7.如权利要求1～6中任一项所述的高尔夫球杆头，其特征在于，所述树脂构件在所述纤维交叉叠层部分的外侧包含其中纤维至少向两个方向延伸的纤维编织部分。
全文摘要
本发明可以防止树脂构件破损以提高耐久性。本发明提供了一种高尔夫球杆头(1)，其中形成杆头上表面的至少一部分冠部(4)是由纤维排列在基体树脂中的纤维增强树脂制成的树脂构件(FR)所形成。树脂构件(FR)包含其中纤维以同一方向取向的单向纤维增强树脂层，以及层叠形成纤维方向各不相同的纤维交叉叠层部分。至少两层在厚度方向上相邻的单向纤维增强树脂层中的纤维以纤维角度为30～130度角交叉。此外，位于纤维交叉叠层部分最内侧的单向纤维增强树脂层中的纤维的压缩强度被设为等于或大于1.3GPa。
文档编号A63B53/04GK1701831SQ20051007010
公开日2005年11月30日 申请日期2005年4月28日 优先权日2004年4月28日
发明者甲野贤, 熊本十美男 申请人:住胶体育用品株式会社